化学实验教学改革探索与实践

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[摘要]普通化学实验是普通化学课程的实验部分，依据教学大纲，对普通化学实验教学的内容与方式、考核方式等进行改革探索，将讨论式教学引入实验课堂，提高学生的实验兴趣和课堂参与意识。在实验课堂教师强化对学生实验过程监管，确保学生实验过程规范不走形式，并在在实验指导过程中加入思政教育元素。通过实验教学改革初步建立与大一学生能力水平相适应的实验教学模式并提高普通化学实验教学质量。

[关键词]普通化学实验；预习任务清单；讨论式教学；选做实验；课程思政

化学是一门以实验为基础的学科，实验教学是化学教学的重要内容，在培养学生实验能力、科学素质和创新精神方面的作用是理论教学无法替代的[1]。普通化学实验是普通化学课程的实验部分，主要面向非化学专业的学生，在吉林大学，包括机械、汽车、生物与农业、材料、交通、地科、地探、建工、仪电、物理、电子等学院。从总体来看，普通化学这门实验由于学时少(只有12学时)以及学生自身对普通化学的重视度不足，大部分学生在实验课堂上动手不动脑、照方抓药，教学效果一直差强人意[2-4]。对于教师而言，我们已经习惯于传统的实验课堂授课程序：课堂讲解实验目的、实验原理、实验步骤，课后批阅报告完成教学任务,学生的学习积极性没有被很好地调动起来。从2015年开始我们连续申请了吉林大学本科教学改革项目，对普通化学实验进行教学改革探索，力图打破照方抓药的实验模式，以学生为本，着力于提高实验课堂中学生的主动参与性，进而提升普通化学实验教学质量。

1加强实验教学过程管理

1.1线上辅助实验预习

由于学生在中学的实验基础不同[5]，有的学生甚至连最基本的实验器材如洗瓶、洗耳球都不认识，大部分学生的动手能力都很差。我们曾经对某学院大一学生在中学的实验基础进行过调查，有49%的学生没有动手做过实验，而做过实验的学生中有51%只是做过试管加热制取气体实验。如果完全指望指导教师在实验课堂上讲述一遍就能顺利将实验完成是不现实的，因此，实验课前的预习就显得尤为重要[6]。但是，通常我们看到的预习结果却不尽如人意，学生仅仅是机械地抄写一遍实验目的、原理、操作过程就算完成任务。这种预习结果并不完全是学生的责任，如果我们站在学生的角度来考虑，“预习”是怎样的预习？要看什么？要学到什么程度？太笼统了，出现学生抄一遍讲义了事的现象也就在所难免了。为了真正提高学生的实验预习质量，我们采取了线上线下相结合的方式[7]。2018年，实验中涉及的各种基本操作和实验过程已经制作成视频，作为与实验教材《新大新化学实验》第四版配套的数字化教学资源，让学生通过扫描教材封底二维码下载App来进行观看。在有了短视频辅助后，学生可以对要进行的实验有直观形象认识，清楚需要完成的实验任务是何种形态，避免没有实验经验的学生仅通过文字的描述去想象实验过程。同时，为了保证学生认真观看视频，我们也围绕实验中的知识点给学生提前下发预习任务清单(表1)，让学生带着问题去预习，任务清单完成了，实验中的一些重要知识点也就掌握了。目前，我们正陆续将视频整理或重新拍摄，放在超星学习通上，并在视频适当的地方加入弹题，从而督促学生认真有效的观看实验视频。

1.2实验过程有效监管

在普通化学实验课上，学生进入实验操作阶段后，实验指导教师在各实验台间巡视督导学生规范操作，记录各实验台上的操作情况，作为实验操作分数的评定依据。由于实验是一人一组，实验台号与学生姓名一一对应，教师可以很方便记录不同实验台号的实验情况。这种对过程的严格监管对学生来说是一种压力，同时也是动力，有助于提高学生对实验的重视程度，保证实验操作质量。另外，我们对学生在实验中取得的原始数据予以盖章确认，学生不能在盖章后更改数据。毕竟学生的自我管理能力还是有限的，还需要教师的督促与管理。实验教学的过程管理对提高实验教学质量起到了积极的推动作用。

1.3实验报告评语反馈

教师在评阅实验报告时，会在报告上给出评语并在扣分处给出扣分原因。由于报告需要存档，不能发还给学生，我们将整理成册的实验报告带到实验室，学生能够在实验期间看到自己上次实验的实验报告，并弄清楚自己的被扣分原因，是操作有误？有效数字不对？还是计算有误？学生需要知晓报告的问题出现在哪里，在后续的实验中自然会小心以避免再出现类似的错误。透明的实验成绩也在一定程度上对学生和教师双方同时起到督促作用。

2将讨论式教学引入实验课堂

一直以来，普通化学实验并不受学生的重视，普遍认为只要照方抓药就能完成实验操作任务。如果学生没有高质量的预习，教师在课堂上需要花大量时间解决太多的基础问题，比如，某实验备品是什么、如何使用、如何清洗等，在课堂上没有更多的时间进行其他的教学活动来提升实验教学质量。在开展线上预习提高预习质量的前提下，实验指导教师可以腾出时间与学生进行互动，使得讨论式教学在实验课堂成为可能。讨论式教学通过预先的设计与组织，启发学生就特定问题发表自己的见解，以培养学生的独立思考能力和创新精神。针对不同的实验，结合数年的实验指导经验，我们设计相关的讨论题(表2是部分讨论题目)。讨论式教学实验过程中，通过实验中出现的实验现象不断引导学生进行探讨“为什么”、“怎么办”，使学生通过实验现象加深对实验内容的理解和记忆，这对于验证性的基础实验尤为重要。相对于理论课，实验课堂的教学氛围较为轻松，在参与讨论时学生没有爱面子之类的思想包袱，对于教师提出的问题，无论对错，都敢于发表自己的想法。讨论式教学逐步消除了学生动手不动脑的实验习惯，充分发挥了学生的主观能动性。以磺基水杨酸合铁(Ⅲ)配合物的组成及稳定常数的测定实验为例，当我们进行溶液吸光度测试时，会讨论“测试波长为什么用500nm”。这个问题已经超出了普通化学的讲授范围，需要学生结合以往有关颜色与波长的物理知识进行解答，学生给出的理由很是开放，甚至包括：“可见光波长范围400~700nm，用500nm是因为好记”，等等。我们会将溶液的颜色与吸收光的波长关系以及选择最大吸收波长进行测试等知识简单介绍，并鼓励学生改变测试波长，看能拿到什么结论。这种结合实际，学以致用的讨论，使理论知识具体化，相信学生会对此实验有深刻的印象并能举一反三，理解类似仪器的使用原理。

3适当开设选做实验

为了充分照顾到学生的中学阶段实验基础差异，普通化学实验安排采用“必做+选做”的开课模式。除了完成规定学时内的实验项目外，我们还在时间、实验药品及场地允许条件下，开设了不同难度的选做实验，如雪碧饮料中柠檬酸含量测定、明矾制备及其晶体培养等，满足爱好化学、喜欢动手实验的学生的需求。实际上，吉林大学为了激发学生学习兴趣及研究问题的主动性，学校教务处设有开放性创新实验，每学期面向全校本科生滚动开放。由于开放性创新实验的定位是实践教学体系中的综合训练层次，教学目的为承接课程实验，培养学生分析问题、解决问题能力，培养团队合作意识和创新意识。学生在教师辅助下，需要自主设计实验方案、技术路线，自主进行实验、分析实验结果，最终解决问题，并独立撰写实验报告。对于大一学生而言，开放性创新实验难度较大而极少参与。而我们普通化学实验室的选做实验难度相对较小，对学生没有门槛要求，只要学生上网预约选择，按时参加实验并提交报告即可，因此很受学生的欢迎。从近几个学期的选做情况来看，学生对于合成类实验非常感兴趣，如明矾的制备及晶体培养，认为实验产品带给他们的是看得见的成就感。由于学生是根据自身情况来决定是否参加选做实验，这部分的实验课的教学效果优于必须完成的那些必做实验的教学效果，指导教师对学生的自主操作、思考问题能力的评价是比较高的。选做实验为学生增加了动手实验的锻炼机会，对于必做实验是个有益的补充。另外，为了让非化学专业的学生有机会体验前沿化学的神奇，我们还尝试将科研论文改编为具有可操作性的普通化学选做实验。“微波辐射法合成荧光防伪墨水”就是选自化学院一篇科研文章合成YVO4:Eu3+纳米粒子[8]的科研文章，指导学生制备荧光防伪墨水。学生对这种来自科研实验室的化学实验非常感兴趣，并用自己合成的荧光防伪墨水写字或作画附在实验报告中。在经历了两轮的实验选做后，该实验被编入实验教材[8]。这种选做实验满足了学生操做化学实验的爱好，激发了学生的化学学习兴趣，更重要的是拓宽了学生的化学视野。学生在实验中真实感受到化学在推动科技进步方面的作用，对化学学科有了更深刻的认识。

4在实验中开展课程思政

课程思政是近来学校大力提倡的一项工作，是高校贯彻立德树人根本任务的有效办法。习近平总书记在2016年召开的全国高校思想政治工作会议上强调：“要提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”我们认为在进行思政教育方面，实验课堂比理论课堂更具有优势，学生不像在理论课堂那样正襟危坐，实验过程中更为随性，课堂上会呈现各种状况。实验指导教师要善于从小处着手，在潜移默化中贯彻思政理念。例如：实验室的实验凳是塑料的，不用时是摞在一起的，学生进入实验室后会自动取一个放到自己的实验台边就坐，第一轮实验时基本如此，但有一个班，其早到的学生会把所有的凳子摆放到位。指导教师及时表扬了这个团结友爱的集体，并在其他实验班适时提及该班。在第二轮实验中，帮着身边同学摆凳子的现象就很普遍了。尽管是在实验过程中学生是单人单组，在涉及公用仪器使用、合成实验等需要相互合作环节，我们会善意提醒，同学是队友不是对手。课程思政究其本质而言就是隐性的德育课程，指导教师以平等的身份给学生以善意的提醒，学生比较容易接受。在合成硫酸亚铁铵实验的结晶步骤，很多学生没有耐心等待结晶完全析出，就要匆匆结束此步骤。我们做了个对比，问学生1万小时是多少天，这是北航校长徐惠彬院士团队为提高先进航空发动机涡轮叶片的工作温度研究热障涂层技术(热障涂层技术是先进航空发动机的一项核心技术)时，为了检验陶瓷涂层经过高温-冷却循环也不会从金属叶片上脱落，他们曾经做了1万小时热循环实验。一次实验要做一年多的时间，学生们深感震撼，也为中国的大飞机制造自豪。我们平时收集相关的科技人文的典型事例，充分挖掘梳理与课程知识内容相关联的思政元素，并有效融入实验课堂教学。

5结语

未来，随着国家高考改革的逐步推进，更多高考学生不再文理分科，我们的实验教学形势可能会有面临更大挑战。如何做到以学生为本，在实验教学前、教学中、教学后对学生进行有效的教学，始终是实验教师的思考题，如盐入水般对学生开展思政教育同样是我们的第一责任，真正实现教书育人。普通化学的实验教学需要与时俱进，开展更多的教学改革。

作者:刘晓丽 彭宇 张亚南 单位:吉林大学化学学院